現(xiàn)場總線控制技術(shù)

1第一章工業(yè)掌握網(wǎng)絡(luò)概論1、工業(yè)掌握網(wǎng)的進(jìn)展、直接數(shù)字掌握〔DDC〕以數(shù)字儀表取代模擬儀表的掌握方式。優(yōu)點：提高了系統(tǒng)的掌握精度和掌握的敏捷性。、分層掌握系統(tǒng)進(jìn)展治理。優(yōu)點：實現(xiàn)了掌握功能和治理信息的分別。缺點：掌握回路數(shù)目增加，通信要求就會急劇增加，使掌握系統(tǒng)的通信變得簡單，牢靠性降低。、集散掌握系統(tǒng)〔DCS〕前置機(jī)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸承受計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，且上位機(jī)增加了系統(tǒng)組態(tài)功能。優(yōu)點：提高了系統(tǒng)的牢靠性和可維護(hù)性。缺點：①承受冗余構(gòu)造，提高了系統(tǒng)的掌握本錢。②不具備開放性且布線簡單、費(fèi)用高、現(xiàn)場總線〔Field－Bus〕適用于工業(yè)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并實現(xiàn)傳感器、掌握器層的通信。優(yōu)點：從根本上解決了網(wǎng)絡(luò)掌握系統(tǒng)的自身牢靠性問題。協(xié)議：兩臺計算機(jī)通信時，對傳送信息內(nèi)容的理解，信息表示形式以及各種狀況下的應(yīng)答信號都必需遵循一個共同的商定，此即協(xié)議。23種形式：信息網(wǎng)絡(luò)與掌握網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一組網(wǎng)，然后通過路由器與設(shè)備網(wǎng)進(jìn)展互聯(lián)互通?，F(xiàn)場設(shè)備的掌握承受嵌入式系統(tǒng)加以實現(xiàn)，掌握網(wǎng)與信息網(wǎng)統(tǒng)一構(gòu)建組網(wǎng)?，F(xiàn)場總線與內(nèi)聯(lián)網(wǎng)集成。3、工業(yè)企業(yè)網(wǎng)一般是指一個工業(yè)范圍內(nèi)將實現(xiàn)信號檢測、掌握以及數(shù)據(jù)傳遞、處理與計算的設(shè)備、裝置或系統(tǒng)連接在一起，以實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)資源共享、信息治理、過程掌握、經(jīng)營決策，并能夠訪問企業(yè)外的信息資源，使得各項事物協(xié)調(diào)運(yùn)作，從而實現(xiàn)企業(yè)集成治理和掌握的一種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。4、工業(yè)企業(yè)網(wǎng)的特性：(1)范圍確定性：具有特定的地域范圍和效勞范圍。(2)集成性Internet和其他廣域網(wǎng)，相對獨立。相對開放性：作為Internet的一個組成局部消滅，開放是相對的。5、工業(yè)企業(yè)網(wǎng)的體系構(gòu)造11－5。信息網(wǎng)絡(luò)位于工業(yè)企業(yè)網(wǎng)的上層，是企業(yè)數(shù)據(jù)共享和傳輸?shù)妮d體。掌握網(wǎng)絡(luò)位于工業(yè)企業(yè)網(wǎng)的下層，聽從信息網(wǎng)絡(luò)的操作，同時具有獨立性和完整性。6、掌握網(wǎng)絡(luò)一般主要用來處理實時現(xiàn)場信息，是網(wǎng)絡(luò)掌握系統(tǒng)進(jìn)展實時掌握信息處理的數(shù)據(jù)流通道。一般處于工業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的中下層，是直接面對生產(chǎn)掌握的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。7、Profibus為多層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，是一種不依靠于制造商的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。承受該系統(tǒng)，不同廠家制造的設(shè)備不須對其接口進(jìn)展特別調(diào)整即可通信。Profibus依據(jù)應(yīng)用的特點分為Profibus－DPProfibus－FMSProfibus－PA三個兼容版本。Profibus－DP可用于分布式掌握系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)。Profibus－FMS主要解決車間級通用性通信任務(wù)，一般構(gòu)成實時多主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。Profibus－PA是專為過程自動化設(shè)計的，供給標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)。8〔羅克韋爾自動化公司〕3層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造3層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造由設(shè)備層、掌握層和信息層構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造體系。特點：從底層到高層全開放具有扁平構(gòu)造全部層之間實現(xiàn)了完全橋接9、羅克韋爾自動化公司網(wǎng)絡(luò)的信息層使用以太網(wǎng)/工業(yè)協(xié)議〔Ethernet/IPControlNetDeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù)。10〔1〕工業(yè)以太網(wǎng)就是在以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)的根底上開發(fā)出來的一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)?！?〕工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點：①使用以太網(wǎng)要比其他現(xiàn)場總線簡潔②以太網(wǎng)產(chǎn)品的價格低廉，可降低本錢③以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展快速，技術(shù)先進(jìn)，功能強(qiáng)大④信息集成便利⑤符合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造扁平化的必定趨勢其次章工業(yè)掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)根底1、局域網(wǎng)概述定義：局域網(wǎng)〔LAN〕通常被認(rèn)為是由一組在物理地址上彼此相隔不遠(yuǎn)的計算機(jī)及其設(shè)備依據(jù)肯定的連接方式組織起來的、以實現(xiàn)用戶間相互通信和共享諸如打印機(jī)和存儲設(shè)備等資源的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主要用途：(1〕共享功能共享的內(nèi)容軟硬件都可包括(2〕客戶/效勞器計算模式：使網(wǎng)絡(luò)上的計算機(jī)能協(xié)調(diào)工作、提高效率。(3〕局域通信功能(4〕Internet等廣域網(wǎng)做預(yù)備2LAN由五個根本部件構(gòu)成：〔特別是P、傳輸介質(zhì)、〔網(wǎng)卡網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。3、局域網(wǎng)中根本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造有三種：星形拓?fù)錁?gòu)造、環(huán)形拓?fù)錁?gòu)造、總線形拓?fù)錁?gòu)造。星形拓?fù)錁?gòu)造優(yōu)點：查找故障便利，便于維護(hù)和治理；個別站點的故障對網(wǎng)絡(luò)無影響；站點進(jìn)出很自由；介質(zhì)訪問方法簡潔缺點：每個站點直接與中心節(jié)點相連，需要大量的電纜，會增加費(fèi)用；對節(jié)點的牢靠性和冗余要求很高。環(huán)形拓?fù)錁?gòu)造優(yōu)點：高速運(yùn)行；避開碰撞，構(gòu)造簡潔。缺點：任一轉(zhuǎn)發(fā)器或任一段鏈路故障都將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓；故障查找困難，需要漫游整個網(wǎng)絡(luò)才能定位故障點；增站點困難，需要增轉(zhuǎn)發(fā)器可能還要重拉線；牢靠性要求和轉(zhuǎn)發(fā)器的積存時延限制了環(huán)的規(guī)模；需要站點兼任監(jiān)控站監(jiān)測環(huán)的狀態(tài)。總線形拓?fù)錁?gòu)造優(yōu)點：電纜長度短、費(fèi)用低、便于布線和維護(hù)；構(gòu)造簡答、數(shù)據(jù)端用戶入網(wǎng)敏捷；站點或某個用戶端失效不影響其他站點或端用戶；通信介質(zhì)是無源元件，從硬件的角度看，格外牢靠。缺點：總由于線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)不是集中掌握，所以故障的檢測要在網(wǎng)上的各個站點上進(jìn)展；5OSI7層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。物理層的主要功能：為數(shù)據(jù)端設(shè)備供給傳送數(shù)據(jù)的通路。典型協(xié)議：EIARS232C數(shù)據(jù)鏈路層解決的主要問題有：成幀、流量檢測、過失掌握數(shù)據(jù)鏈路層典型協(xié)議是：OSI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議集中的高級數(shù)據(jù)鏈路掌握〔HDLC〕協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層主要解決的問題是：路由選擇和流量掌握等問題。在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)的傳輸單位是報文或報文分組。傳輸層是整個協(xié)議層次構(gòu)造的核心：在網(wǎng)絡(luò)層的根底上，完成端到端的過失訂正和流量掌握。傳輸層的典型協(xié)議：TCP/IP。傳輸掌握協(xié)議TCP，是面對連接的協(xié)議；用戶掌握協(xié)UDP，是五連接的協(xié)議。6IEEE802.2LIC子層功能與效勞；IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，CSMA/CD總線介質(zhì)訪問掌握子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)，令牌總線介質(zhì)訪問掌握子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)，令牌環(huán)介質(zhì)訪問掌握子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)。7OSI3個典型層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用3～6層。FFOSI3層：物理層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，隱去了第3～6IEC/ISA標(biāo)準(zhǔn)。Lonworks承受了ISO/OSI7層通信協(xié)議。ProfibusOSI模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CANISO/OSI7層次中的兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。8輸?shù)拈g歇〔突發(fā)性〕特點，承受適當(dāng)?shù)膹?fù)用策略，以提高通道的利用率，削減數(shù)據(jù)傳輸中的時延，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。介質(zhì)訪問技術(shù)的中心問題是解決通道復(fù)用的問題。介質(zhì)訪問掌握方式可分為集中掌握和分散掌握。910.11、交換技術(shù)常承受兩種工作模式：直通方式和儲存轉(zhuǎn)發(fā)方式。直通交換方式網(wǎng)絡(luò)交換的過程：交換掌握中心查找數(shù)據(jù)包頭以確定該包頭要送達(dá)的端口；從查找表查出具體端口號；發(fā)送該包到指定端口。儲存轉(zhuǎn)發(fā)交換方式工作過程：完整的數(shù)據(jù)包儲存到共享內(nèi)存中；交換掌握中心查找數(shù)據(jù)包，以確定該數(shù)據(jù)包送達(dá)的端口；從查找表找出端口號；將數(shù)據(jù)發(fā)到指定端口。12、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的選用原則：端口密度、端口寬度、容錯力量。13、ATM節(jié)點不供給檢錯功能。ATM535個字節(jié)，48個字節(jié)。ATM網(wǎng)絡(luò)主要以星形拓?fù)錁?gòu)造為主，可以構(gòu)造任意網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造。第三章典型現(xiàn)場總線技術(shù)1、Lonworks技術(shù)的特點：開放性：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放，對任何用戶公平。通信介質(zhì)：可用任何媒介進(jìn)展通信。互操作性，任何制造商的產(chǎn)品都可以實現(xiàn)相互操作。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造：可以是主從式、對等式或客戶/效勞式構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢杂行切?、環(huán)形、總線形和自由形。網(wǎng)絡(luò)通信承受面對對象的設(shè)計方法，增加了通信的牢靠性。通信的每幀有效字節(jié)書可從0~228B1.25Mbit/s承受帶推測的P-堅持CSMA，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很中的狀況下，不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。2CPU、I/O處理單元、通信處理器、收發(fā)器和電源。810MHz，LonWorks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片。神經(jīng)31503120兩大系列，3150支持外部儲存器，適合更為簡單的應(yīng)用，3120ROM。33個微處理器：MAC處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器。MAC處理器，實現(xiàn)介質(zhì)訪問掌握。網(wǎng)絡(luò)處理器處于中間位置，使用網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和MAC處理器通信，應(yīng)用緩沖區(qū)和應(yīng)用處理器進(jìn)展通信。NeuronC語言編寫的應(yīng)用程序，完成用戶的要求。4、Lon總線依據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境選擇不同的收發(fā)器和介質(zhì)。雙絞線收發(fā)器 雙絞線主要支持不3類收發(fā)器：直接驅(qū)動、EIA-485、變壓器耦合。51m，否則不是總線拓?fù)洹?、路由器的功能：擴(kuò)展通道的容量；連接不同的通信介質(zhì)或波特率；提高LON總線牢靠性；全面提高牢靠性能。7、Lontalk協(xié)議是LON總線設(shè)計的專用協(xié)議。LonTalk協(xié)議是直接面對對象的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,具體實現(xiàn)即承受網(wǎng)絡(luò)變量的形式。Talk255個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)最多12732385個節(jié)點。8、Lontalk協(xié)議的核心局部是傳輸層和會話層。傳輸層是無鏈接的，供給一對一節(jié)點、一對多節(jié)點的牢靠傳輸。會話層主要供給懇求/響應(yīng)的機(jī)制。9、Lontalk4種類型的報文效勞，除懇求/3類都在傳輸層實現(xiàn)。應(yīng)答方式：報文應(yīng)答效勞由網(wǎng)絡(luò)處理器完成，不必由應(yīng)用程序來干預(yù)。報文ID號確保節(jié)點不會收到重復(fù)的報文。懇求/響應(yīng)方式：適合遠(yuǎn)程過程調(diào)用和客戶/效勞器的應(yīng)用。非應(yīng)答重發(fā)方式：適于節(jié)點較多的分組的播送發(fā)送，從而避開因節(jié)點響應(yīng)而使網(wǎng)絡(luò)過載。非應(yīng)答方式：適合對牢靠性要求不高，但報文長度較長、需要速度較高的報文。10.CAN5中錯誤類型：位錯誤；〔2〕填充錯誤；〔3〕CRC錯誤；〔4〕形式錯誤；〔5〕應(yīng)答錯誤。1、PROFIBUS供給了三種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)〔物理行規(guī)：DPFMSRS485傳輸。PAIEC1158－2傳輸。光纖：用于提高抗干擾性和增大網(wǎng)絡(luò)距離。12、PADP連接。13〔注：中繼器沒有站地址，但被計算在每段的最多站數(shù)中〕14、主站得到總線存取令牌時可與從站通信。每個主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。因此，可能有以下三種系統(tǒng)配置：①．純主－從系統(tǒng)②．純主－主系統(tǒng)③．混合系統(tǒng)15DP傳輸時間，它與總線上站的數(shù)量和傳輸效率有關(guān)。16DP主站〔DPM1〕是中心處理器。DP主站〔DPM2〕是可進(jìn)展編程、組態(tài)、診斷的設(shè)備。在單主站系統(tǒng)中，總線系統(tǒng)運(yùn)行時只有一個主站在總線上活動。17、在同意條總線上最多可連接126個設(shè)備〔主站或從站。12418、DeviceNet現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)干線的長度由數(shù)據(jù)傳輸速率和所使用的電纜類型打算。DeviceNet中，支持UCMM和不支持UCMM的設(shè)備(2設(shè)備)均可以通過預(yù)定義主/從連接組來建立連接。19、DeviceNetCAN2.0ACAN2.0B中的擴(kuò)展報文格式。Control〔選擇題物理層介質(zhì)：RG6同軸電纜、光纖；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌嚎偩€形、星形、樹形及混合；單網(wǎng)段長度：同軸電纜，1km、2節(jié)點，250m、48300m，中7km；中繼器數(shù)目：串行，56網(wǎng)；并行，4848網(wǎng)；中繼器類型：交直流高壓型，直流低壓型；5km，光纖30km；9948設(shè)備供電方式：外部供電；節(jié)點插拔：可帶電插拔；網(wǎng)絡(luò)速度：5Mbit/〔最大；I/O數(shù)據(jù)個數(shù)：不限；I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式：輪詢、狀態(tài)轉(zhuǎn)變/周期；網(wǎng)絡(luò)功能：同一鏈路支持掌握信息、I/O數(shù)據(jù)、編程數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)模型：生產(chǎn)者/消費(fèi)者；網(wǎng)絡(luò)刷時間：可組態(tài)2～100ms；21、ControlNetLLCMAC子層，其中，LLCIEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)，而MAC子層承受同時間域多路訪問〔CTDMA〕協(xié)議。22ControlNet通常承受主干-分支型拓?fù)錁?gòu)造。另外，ControlNet是一個與地隔離的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)當(dāng)保證網(wǎng)絡(luò)不會意外接地。23、CTDMANUT3個局部：預(yù)定時段、非預(yù)定時段和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)時段。預(yù)定時段：傳送對時間有苛刻要求的掌握信息。非預(yù)定時段：傳送對時間無苛求的顯式報文或I/O報〔非預(yù)定數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)維護(hù)時段：全部節(jié)點停頓發(fā)送數(shù)據(jù)。24、ControlNetClass0~Class67第四章掌握信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建與實現(xiàn)1、工業(yè)掌握網(wǎng)絡(luò)要求：具有較好的響應(yīng)實時性；高牢靠性，能滿足工業(yè)現(xiàn)場的要求，現(xiàn)場設(shè)備或局部網(wǎng)絡(luò)消滅故障能快速恢復(fù)；構(gòu)造簡潔，降低設(shè)備本錢，提高系統(tǒng)的強(qiáng)健性；開放性好，盡量不要承受專用網(wǎng)絡(luò)。2、現(xiàn)場總線的選擇：數(shù)據(jù)傳輸容量的不同；本質(zhì)安全的適用性。3、工業(yè)以太網(wǎng)：在以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)的根底上開發(fā)出來的一種現(xiàn)場總線。工業(yè)以太網(wǎng)具有以下優(yōu)點：應(yīng)用廣泛支持幾乎全部的編程語言；本錢低廉 軟硬件價格低廉；通信速率高：10、100、1000、10G〔爭論中；軟硬件資源豐富；可持續(xù)進(jìn)展?jié)摿Υ?；Internet連接。4、在工業(yè)以太網(wǎng)中，實現(xiàn)實時性的機(jī)制主要包括一下幾個方面：承受交換式集線器〔交換機(jī)；使用全雙工通信模式；承受虛擬局域網(wǎng)(VLAN)技術(shù)；效勞質(zhì)量〔QoS〕.IPv6技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)的實時性能。5、虛擬局域網(wǎng)技術(shù)的特征：一個VLAN中全部設(shè)備都是一個播送域的成員規(guī)律子網(wǎng)是由被配置為該VLAN成員的全部設(shè)備組成設(shè)置：a基于交換機(jī)的端口號〔多數(shù)b基于設(shè)備的MAC地址VLANVLAN是通過交換架構(gòu)進(jìn)展定義的VLAN，不同VLAN信息隔離，避開播送風(fēng)暴。6、工業(yè)以太網(wǎng)的生存性或高可用性包括：①牢靠性；②可恢復(fù)性；③可維護(hù)性；④可治理性。7、現(xiàn)場技術(shù)的防暴技術(shù)包括：隔離型和本質(zhì)安全型。第五章掌握網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)1DCS和現(xiàn)場總線集成主要有三種方式：DCS的I/O設(shè)備層上DCSI/O設(shè)備層上，來完成兩者信息的映射。優(yōu)點：構(gòu)造簡潔缺點：擴(kuò)展規(guī)模受到接口卡的限制。DCS集成原理：通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和信息的互訪優(yōu)點：系統(tǒng)擴(kuò)展性好；缺點：構(gòu)造簡單。LANDCS的